Устройство для нелинейного преобразования широтно- модулированных сигналов

Устройство для нелинейного преобразования широтно- модулированных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТГЛЬСТВУ 1о636627 (61) дополнительное к авт. сви11-ву (22) Заявлено 250177 (21) 2445560/18-24 с присое11ииеиием заявки Ph (23) Приоритет— (43) Опубликовано 051278.Бюллетень Ж 45 (45) Дата опубликования описания 06,12.78 (Я} М. Кл.

G Об Ст 7/12

Государственный комитет

Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 335 (088. 8) (72) Авторы (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ШИРОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

2 . &т эвах 2 &а

S(n

Предлагаемое устройство относится к области аналоговой вычислительной техники, позволяет вырабатывать широтно-модулированный сигнал (ИИИ-сигнал)

С ОтНОСИтЕЛЬНОй ДЛИтЕЛЬНОСтЬЮ ст II q равной где Вт, g — относительные длитель- 10 ности входных ШИМ-сигналов.

Подобные устройства находят широкое применение в информационно-вычислительных и управляющих системах, обрабатывающих широтно-импульсную информацию, а также в ряде других систем.

Известны устройства для обработки широтно-модулированных сигналов. Одно иэ таких устройстн (11содержит пос- ® ледовательно соединенные через аналоговый инвертор первый и второй импульсные делители напряжения и преобразователь напряжение постоянного тока — ШИИ-сигнал, вход которого соединен с выходом второго импульсного делителя напряжения, а выход является выходом устройства в целом.

В состан упомянутого преобразователя входят схема сравнения напряжений постоянного тока, третий импульсный делитель напряжения и цепь подбора интервала. Первый вход схемы сраннения напряжений постоянного тока соединен с выходом второго импульсного делителя напряжения, а второй — с выходом третьего импульсного делителя напряжения, потенциальный вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения постоянного тока. Выход схемы сравнения напряжений постоянного тока соединен через цепь подбора интервала с импульсным входом третьего импульсного делителя напряжения.

Потенциальный вход первого импульсного делителя напряжения подключен к ныходу источника опорного напряжения постоянного тока, импульсные входы первого и второго импульсных делителей напряжения являются входами устройства в целом.

Второе устройство(2)содержит аналоговый инвертор, операционный усилитель постоянного тока с усредняющей

RC -цепью в обратной связи, входная цепь которого состоит иэ двух идентичных трехполюсников с объединенными и подключенными к шине нулевого потенциала третьими полюсами. Как первый, так и второй трехполюсттик содержат

636627 по три масштабных резистора, по одному двухпоэиционному переключателю и по одной усредняющей емкости. Вторые полюсы этих трехполюсников также объединены и подключены к входу операционного усилителя постоянного тока.

Первый полюс первого трехполюсника 5 соединен с выходом опорного напряжения постоянного тока, а первый выход второго трехполюсника — через аналоговый инвертор с выходом операционного усилителя постоянного тока, яв- IO ляющегося выходом устройства в целом.

Управляющие входы двухпоэиционных переключателей объединены и являются импульсным входом устройства в целом.

Первый масштабный резистор трехпо- 15 люсника включен между его первым полюсом и первой клеммой двухпозиционного переключателя, второй масштабный резистор — между первым полюсом и второй клеммой двухпозиционного пере- О ключателя, соединенной через усредняющую емкость с шиной нулевого потенциала, а третий масштабный резистор включен между третьей клеммой двухпоэиционного переключателя и входом операционного усилителя пос-. тоянного тока.

Как первое, так и второе описанные выше устройства для точного выполнения математической операции над широтно-модулированными величинами тре- ЗО буют стабилизированного опорного напря>кения. Кроме того, первое устройство воспроизводит множительную зависимость над МИИ-сигналами и не позволяет реализовать операцию (1). 35

Второе устройство„ осуществляя синусное преобразование входной широтно-модулированной величины, не позволяет, во-первых, обрабатывать отношение широтно-модулированных вели-4О чин, а во-вторых, имеет выходную ве- . личину не в виде МИИ-сигнала, а в виде напряжения постоянного тока.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для нелинейного преобразования широтно-модулированных сигналов, содержащее уравновешенный мост, в каждое плечо которого включены соответственно последовательно, соединен-50 ные резистор и ключ, управляющие входы ключей второго и третьего плеч уравновешенного моста являются входами устройства„ первая вершина уравновешенного моста подключена к источнику опорного напряжения, pro вторая и четвертая вершины через сглаживающие конденсаторы, а третья вершина непосредственно подключена к шине нулевого потенциала, вторая и четвертая вершины подключены ко входам дифференци- 69 ального усилителя, выход которого через широтно-импульсный модулятор соединен с выходом устройства и с управляющим входом ключа четвертого плеча ,уравновешенного моста 3). . 65 справедливо приближение с приведенной погрешностью, не превосходящей 0,15%, 7,0Т44 х

v= !

О;031б4 х

3 eoz g 6 3 к 3

Исходную аппроксимирующую формулу (Э) можно представить в виде, удобном для ее реализации с помощью мостовой схемы

ЯХ ,„ Е1 ф-4 k- x

2Ý 2Ь

Здесь коэффициенты О удовлетворять условиям

2mb = 7,07 И, Q =4Î,03164, Если положить Х 9,„(8 „— относительная длительность выходного (4) < и Ь должны

Недостатком этого устройства является невозможность получения синуса отношения ШИМ-сигналов и невысокая точность, Целью предполагаемого изобретения является расширение класса решаемых задач и повышение точности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит дополнительный сглаживающий конденсатор, два масштабных резистора и инвертор, вход которого соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, а выход подключен к управляющему входу ключа первого плеча уравновешенного моста, первый масштабный резистор включен между первой и четвертой вершинами уравновешенного моста, а второй масштабный резистор, включен в четвертое плечо уравновешенного моста между его четвертой вершиной и свобоным выводом резистора этого плеча, соединенным через дополнительный сглаживающий конденсатор с шиной нулевого потенциала.

Сущиость предлагаемого изобретения поясняется чертежом.

Устройство состоит из уравновешенного моста, в каждое плечо которого включены соответственно соединенные последовательно резисторы

1„- 1 и ключи 2 - 24,источника 3 опорного напряжения, дифференциального усилителя 4, широтно-импульсного модулятора 5, сглаживающих конденсаторов 6, 7, 8, масштабных резисторов

9, 10 и инвертора 11, Сочетание последовательно соединенных ключа и резис- тора в плечах моста образует импульсно-управляемые резисторы.

Принцип расширения класса решаемых задач и повышения точности выполнения им операции деления состоит в следующем.

Можно показать, что для функции f =с сэр — Х Гг (2) 6 36627

ШИМ-сигнала), то с учетом линейной зависимости средних значений проводимостей импульсно-управляемых резисторов второго и третьего плеч моста нетрудно записать статическую функциональную характеристику уравновеааенного моста в вице

Ь-4 <""9эыg 1 О Евшх

)В1 г

26 2Ь " евых+" (5)

Здесь 9, и 82 — относительные длительности входных ШИМ-сигналов, поступающих на управляющие входы импульсно-управляемых резисторов второго и третьего плеч моста. При этом предполагается, что проводимости этих импульсно-управляемых резисторов равны между собой. Выражение в скоб- 15 ках соотношения (5) реализуется с помощью импульсно-управляемого резистора, проводимость резистора которого пропорциональна 1/2 3, и на управляющий вход которого поступает фаэоин-,щ версная выходной широтно-импульсная величина двь,х =1- Ввь,„, причем этот импульсно-управляемый резистор эашунтирован масштабным резистором с проводимостью, пропорциональной Я

Сомножитель для 82 в правой части выражения (5) реализуется с помощью последовательного соединения импульсно-управляемого выходной ШИМ-величиной 9вь,х резистора и масштабного резистора, проводимость которого пропорциональна а.

Устройство работает следующим образом.

На управляющие входы ключей 22 и 23 поступают входные ШИМ-величины с относительными длительностями 82 и 9„ соответственно. Выходной ШИМ-сигнал управляет ключом 2 непосредственно относительной длительностью 8в,„,а ключом 2 инвертор 13, т.е. относи- 40 тельной длительностью 1 — 9вь х-При достаточно большой емкости сглаживающих конденсаторов 6, 7, 8 обеспечивается развязка постоянных и импульсно-управляемых резисторов (образованных сочетанием резисторов

1 — 1 и ключей 2 — 2 ) между собой по 45

4 4 4 переменному току; что и позволяет считать среднее значение проводимости двухполюсника ключ-резистор пропорциональным относительной длительности управляющего ШИМ-сигнала. Тогда 50 изменение длительностей управляющих

ШИМ-сигналов приводит к пропорциональному изменению проводимостей первого, второго и третьего плеч моста и к дробно-рациональному по Ввыq изменению про-55 водимости и четвертого плеча моста, Это вызывает изменение потенциалов в точках подключения сглаживающих конденсаторов, в частности конденсаторов

6 и 7. Дифференциальный усилитель 4 постоянного тока выцеляет и усиливает разность потенциалов иа этих конденсаторах; в другую диагональ моста включен источник 3 опорного напряжения. Выходное напряжение усилителя с помощью широтно-импульсного модулятора 5 преобразуется в ШИМ-сигнал с относительной длительностью 8в„,х, который поступает непосредственно на управляющий вход ключа 2х и через инвертор 11 на управляющий вход ключа 2, обеспечивая автоматическое сведение баланса моста, т.е. выравнивание постоянных составляющих потенциалов на входах усилителя 4. Таким образом, в установившемся состоянии схемы имеет место уравнение баланса моста.

1 6 G3 ч (6) где Q>=G (4-Овы„)+G> срецнее ние проводимости первого плеча моста; G-„= Gг 92 — среднее значение проводимости второго плеча моста2

G@--6 8 — среднее значение проводиэ мости третьего плеча мостар ю вых

Iv е +Q, G4 — проводимОсти реэистОрОв 14 — 1,у G9 ч проводимости масштабных резисторов 9 и 10. Сравнивая между собой уравнения (5) и (6), уставнавливаем соотношения между проводимостями резисторов моста 9 Ь1 . ю .6ю

6 =6 =ц. — = — — = ювао; 1оть

2 3 G 2$ 6 25 G Й4

Эти соотношения обеспечивают реализацию уравнения (5), или равносильного ему уравнения (4) при условии (= вЂ С учетом (3) и (2) получаем

Ех 8 . Гг — Elf СОН 2 ЕВ Х г что, очевидно, эквивалентно зависимости (1).

Воэможность синусного преобразования результата операции деления ШИМвеличин, достигнутая в предлагаемом устройстве, обуславливает целесообразность его использования в различных системах управления техническими объектами и технологическими процессами, когда к вычислительным преобразователям предъявляются жесткие требования по габаритам, весу, надежности и точности функционирования при умеренных требованиях к быстродействию.

Формула изобретения

Устройствб для нелииейного преоб" разования широтно-модулированных сигналов, содержащее уравновешенный мост, в каждое плечо которого включены соответственно последовательно соединенные

636627

Составитель И. Шелипова

Редактор В. Герцен Техред Л.Алферова Корректор A. Гриценко

Заказ 6942/39 Тираж 784 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35 Раушская наб. д. 4 5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул . Проектная, 4 резистор и ключ, управляющие входы ключей второго и третьего плеч уравновешенного моста являются входами устройства, первая вершина уравновешенно.

ro моста подключена к источнику опорного напряжения, его вторая и четвертая вершины через сглаживающие конденсаторы, а третья вершина непосредственно подключены к шине нулевого потенциала, вторая и четвертая вершины подключены ко входам дифференциального усилителя, выход которого через широтно-импульсный модулятор соединен с вы-10 ходом устройства и с управляющим входом ключа четвертого плеча уравновешенного моста, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач и повышения i5 точности работы устройства, оно содержит дополнительный сглаживающий конденсатор, два масштабных резистора и инвертор, вход которого соедирен с выходом широтно-импульсного модуля20 тора, а выход подключен к управляющему входу ключа первого плеча уравновешенного моста, первый масштабный резистор включен между первой и четвертой вершинами уравновешенного моста, а второй масштабный резистор включен в четвертое плечо уравновешенного моста между его четвертой вершиной и свободным выводом резистора этого плеча, соединенным через дополнительный сглаживающий конденсатор с шиной нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе:

1. Смолов В.Б., Угрюмов В. П. Времяимпульсные вычислительные устройства, Л., Энергия, 1968.

2. Никитенко С.Г. и др. Время-импульсные функциональные преобразователи с аппроксимацией воспроизводимых зависимостей рациональными дробямИ, И., AT. 1973,Ð 2.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф. 260290, кл. 606 и 7/16, 1968.